張卓元1933年7月出生於廣東省梅縣。還是在高中時代，他偶然讀到蘇聯經濟學家列昂節夫的《政治經濟學》一書，儘管書中對資本主義經濟的分析非常抽象而深奧，卻讓他十分入迷。
1950年張卓元高中畢業，報考了清華大學社會學系和中山大學經濟學系，哪知兩個大學同時錄取了他。這讓他非常矛盾。當時他想讀清華大學，但又想學經濟學。最後出於對經濟學的痴迷，他還是選擇了中山大學。
在中山大學學習了近3年後，恰逢1953年的全國高校院系大調整，張卓元被調整到了中南財經學院經濟系理論班。畢業前他已在《中南財經學院學報》上發表萬餘字的經濟學處女作《關於社會主義制度下的價值規律的作用》。
1954年秋，張卓元大學畢業後，被分配到中國科學院經濟研究所政治經濟學組工作。
經濟研究所的前身是解放前的中央研究院社會研究所，中國社會科學院成立後，成為社科院的一個研究部門，也是我國曆來最高的經濟學研究機構。
張卓元到經濟研究所不久，就參加了《經濟研究》雜誌的創刊工作，從編輯一直干到編輯部主任，成為雜誌社的骨幹力量。
1957年，孫冶方任經濟研究所的代所長，張卓元一邊在《經濟研究》雜誌從事編輯工作，一邊充當孫冶方的得力助手，從事經濟研究，就社會主義商品、價值、價格、經濟核算等問題，發表了一系列具有獨到見解的學術論文。
孫冶方是我們經濟學界的先驅，長張卓元25歲，當年他與陳翰笙、錢俊瑞、薛暮橋等人發起成立「中國農村經濟研究會」時，張卓元剛剛出生。因此張卓元對孫冶方就像對父輩一樣尊敬。新中國成立後，孫冶方先後擔任過上海軍管會重工業處處長、華東軍政委員會工業部副部長、國家統計局副局長，對中國經濟有著清醒的認識和獨特的思考。
早年留學蘇聯的孫冶方不僅學術功底深厚，思想也比較開放，因此他來到經濟所之後，給沉悶的學術研究帶來了清新的空氣。他鼓勵張卓元等青年研究人員一定要從中國的實際出發，實事求是，以科學的態度，大膽創新，為國家的經濟振興尋找良策。
然而孫冶方實事求是的科學研究態度卻給自己帶來了麻煩。1956年社會主義改造全面完成之後，面對公有制已經佔主體地位的格局，需要回答商品生產和價值規律在中國的作用問題。孫冶方發表了著名的論文《把計畫和統計建立在價值規律的基礎上》，指出價值規律的作用在資本主義、社會主義和未來的共產主義都是存在的，社會主義的計畫必須自覺地遵循價值規律；第二年孫冶方發表《從「總產值」談起》，指出利潤是企業經營好壞的最集中的表現。
1959年，孫冶方在巨大的壓力下組織經濟研究所寫作《社會主義經濟論》，點名張卓元作為他的主要學術助手。這是張卓元和孫冶方第一次緊密合作，從而使張卓元真正成了孫冶方的忠實追隨者，而孫冶方也笑稱張卓元是他的「關門弟子」。
1963年9月，孫冶方的《社會主義計畫經濟管理體制中的利潤指標》的研究報告，成為哲學社會科學部委員會第四次擴大會議上爭論的焦點。由於孫冶方竭力反對不計成本、不講效益的企業管理制度，遭到康生、陳伯達組織的批判和圍攻。他的觀點被說成是修正主義的經濟觀點。「四清」時，工作組進駐經濟所，揪出了孫冶方、張聞天「反黨聯盟問題」，孫冶方被打成該所「反黨聯盟」的頭目，被免去職務，下放到農村。
由於張卓元多年來跟隨孫冶方從事研究工作，他的經濟理論觀點受到孫冶方很大的影響。這一時期他撰寫的文章中，相當一部分是對孫冶方經濟理論的闡述和評述。他在1962年《江漢學報》第8期上撰文論述了價格在組織與管理社會主義經濟中的意義與作用，認為成本與盈利的確定是社會主義價格形成的中心問題；價格首先是衡量社會勞動消耗的工具，同時也是再分配國民收入的槓桿；主張按照社會價值和社會成本來制訂價格，以充分運用價格在社會經濟生活中的槓桿作用。1964年，他與何建章合作著文，系統地論述了以資金利潤率作為評價社會主義經濟活動的標準。以生產價格為基礎的價格主張遭到批判，孫冶方在紅旗雜誌社召開的批判會上，主動走上台說：「不要再批判他們了。他們的文章闡述的是我的觀點，乾脆你們就沖我來吧！」
1975年4月，孫冶方獲得平反，1977年後擔任中國社會科學院經濟研究所顧問。為了及時挖掘孫冶方的研究成果，經濟研究所專門成立了一個小組，由張卓元和吳敬璉負責，協助孫冶方整理《社會主義經濟論》。
1979年4月，孫冶方帶著張卓元的課題寫作小組去了無錫，並參加了全國價值規律理論問題的專題討論會。然而4個月後孫冶方被查出患了肝癌。為了集中搶救孫冶方的學術遺產，經濟研究所領導決定增加張卓元課題組的工作。張卓元除領導課題組的工作外，還抓緊時間在病房旁聽孫冶方的口授、錄音，經過一年的錄音整理工作，完成了《社會主義經濟論》大綱20餘章的初稿寫作。
1982年9月，孫冶方參加了黨的第十二次全國代表大會以後，病情惡化。他躺在病床上想寫一篇關於實現20世紀末戰略目標問題和批評「基數大、速度低」消極論調的文章，但由於精力不濟，只好向張卓元口授了他的主要精神和內容，請弟子代他完成。張卓元起草了《二十年翻兩番不僅有政治保證而且有技術保證——兼論「基數大、速度低」不是規律》的初稿。張卓元拿著草稿來到醫院，在病床前一句句地給孫冶方念，請他提出修改意見。經過幾次反覆修改，這篇文章發表在當年11月19日的《人民日報》上，得到了中央高層領導的肯定。
1983年，我國傑出的經濟學家孫冶方離開了人世，臨終前，孫冶方把他的最後一部專著《社會主義經濟論稿》的編輯工作交給了他的弟子張卓元以及劉國光、林青松等人。在他們的努力下，這部書稿於1985年由人民出版社出版。
張卓元1983年7月調到社科院財貿經濟研究所任所長、研究員；1993年12月調到社科院工業經濟研究所任所長。1995年9月他回到經濟研究所，繼承了孫冶方的職位，擔任所長。
與張卓元一起共事的經濟所同仁發現，張卓元有著老所長身上很多優秀品德和作風，總是那麼謙和、執著和智慧，真不愧為孫冶方的高足。
張卓元也說：「我從50年代深受孫冶方理論的影響；60年代緊緊追隨孫冶方；『文革』後學習孫冶方精神，發展創新經濟學理論；現在我還要繼承和發揚孫冶方的精神、思想和理論。可以說，我在經濟生涯中與孫冶方結下了不解之緣。」